Sichere Wasserstoffspeicher aus Feststoffen

Grüner Wasserstoff soll ein Schlüssel zur Energiewende sein. Ihn sicher zu speichern ist Ziel des Projekts „GreenH2Metals: Nachhaltige und kreislauffähige Metalllegierungen zur effizienten und sicheren Speicherung von Wasserstoff für stationäre Anwendungen“, an dem die Ruhr-Universität Bochum mit zwei Teilprojekten beteiligt ist. Die Bochumer Arbeitsgruppe untersucht die Mikro- und Nanostruktur von Metalllegierungen, die Wasserstoff aufnehmen und wieder abgeben können. Die Rohstoffe dafür sollen aus sekundären Quellen kommen, also recycelt sein und auch werden können. Das Projekt wird mit rund 3,3 Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert, gut 750.000 Euro davon gehen an die Ruhr-Universität.

Nachteile der Gas- und Flüssigspeicherung

Wenn eines Tages grüner Wasserstoff in großem Umfang beispielsweise durch Windkraft oder Sonnenergie hergestellt werden kann, wird er auch gespeichert werden müssen. Nur so kann man ihn dann nutzen, wenn man ihn auch braucht. „Die bisher übliche Speicherung in Gas- oder Flüssigtanks hat verschiedene Nachteile“, erklärt Prof. Dr. Christian Liebscher vom Research Center Future Energy Materials and Systems. „Der Wasserstoff muss dazu entweder stark komprimiert oder extrem heruntergekühlt werden, was mit hohem Energieaufwand verbunden ist. Zudem ist bei der Flüssigspeicherung die Wärmeisolation ein Problem, sodass es zu Verlusten kommt. Des Weiteren besteht die Gefahr, dass durch Leckagen Wasserstoff sehr schnell austreten kann, was mit der Gefahr einer Explosion verbunden ist.“

Sicher und verlustfrei speichern

Beide Nachteile hat die Art der Speicherung, die das Projektteam untersucht, nicht: Pulverpartikel oder aus Pulver gepresste Pellets aus einer Legierung aus Titan und Eisen sind in der Lage, Wasserstoff unter moderaten Drücken von unter 40 bar aufzunehmen. An der Oberfläche der Partikel werden die Wasserstoffmoleküle zunächst gespalten. Die Atome diffundieren dann in das Metallgitter hinein. Das Metall wird dadurch zu einem sogenannten Hydrid. Senkt man den Druck um die Partikel oder Pellets wieder ab, tritt der Wasserstoff wieder aus. Das Ganze funktioniert bei Raumtemperatur und ist nahezu verlustfrei. Sollte ein Tank bersten, würde der Wasserstoff nur sehr langsam austreten, sodass die Explosionsgefahr sehr stark reduziert wird.

Die Arbeitsgruppe an der Ruhr-Universität widmet sich in zwei Teilprojekten der Mikro- und Nanostrukturanalyse des Speichermaterials in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien in Düsseldorf. „Wir wollen zum Beispiel wissen, wie sich die Materialstruktur ausprägt, wenn wir Rohstoffe aus sekundären Quellen, also aus dem Recycling, einsetzen“, erklärt Christian Liebscher. „Darin könnten sich Verunreinigungen befinden, die sich aber teils sogar positiv auf die Speichereigenschaften auswirken könnten.“ Mittels Transmissionsemissionsmikroskopie und Atomsondentomografie wollen die Forschenden im Experiment ganz genau untersuchen, wie sich die Legierung beim Be- und Entladen verhält, und ob es zum Beispiel Abnutzungseffekte gibt. „Idealerweise wollen wir die Speichereigenschaften so auch optimieren“, so Christian Liebscher.